Для чого потрібний комутатор у локальній мережі. Різниця між хабом та свитчем. Що таке Мости та Комутатори

Логічна топологія мережі Ethernet - це шина з множинним доступом, у якій всі пристрої використовують загальний доступ до одного і того ж середовища передачі даних. Ця логічна топологія визначає, як вузли в мережі переглядають та обробляють кадри, що відправляються та одержуються в цій мережі. Тим не менш, зараз практично у всіх мережах Ethernet використовується фізична топологія типу «зірка» або «розширена зірка». Це означає, що в більшості мереж Ethernet кінцеві пристрої зазвичай підключаються до комутатора LAN рівня 2 за принципом «точка-точка».

Комутатор LAN рівня 2 здійснює комутацію та фільтрацію тільки на основі МАС-адреси канального рівня моделі OSI. Комутатор повністю прозорий для мережевих протоколів та додатків користувача. Комутатор рівня 2 створює таблицю МАС-адрес, яку надалі використовує прийняття рішень про пересилання пакетів. У процесі передачі між незалежними IP-подсетями комутатори рівня 2 покладаються на маршрутизатори.

Комутатори використовують MAC-адреси для передачі даних через мережу через свою комутуючу матрицю на відповідний порт у напрямку вузла призначення. Комутуюча матриця являє собою інтегровані канали і засоби машинного програмування, що доповнюють, що дозволяє контролювати шляхи проходження даних через комутатор. Щоб комутатор зміг зрозуміти, який порт необхідно використовувати для передачі кадру одноадресної розсилки, спочатку необхідно дізнатися, які вузли є на кожному з його портів.

Комутатор визначає спосіб обробки вхідних кадрів, використовуючи при цьому власну таблицю МАС-адрес. Він створює власну таблицю MAC-адрес, додаючи до неї MAC-адреси вузлів, які підключені до кожного з його портів. Після внесення MAC-адреси для того чи іншого вузла, підключеного до певного порту, комутатор зможе відправляти призначений для цього вузла трафік через порт, який можна порівняти з вузлом для подальших передач.

Якщо комутатор отримує кадр даних, для якого таблиці немає MAC-адреси призначення, він пересилає цей кадр на всі порти, за винятком того, на якому цей кадр був прийнятий. Якщо від вузла призначення надходить відповідь, комутатор вносить MAC-адресу вузла в таблицю адрес, використовуючи дані з поля адреси джерела кадру. У мережах з кількома підключеними комутаторами таблиці MAC-адрес вносяться кілька MAC-адрес портів, що з'єднують комутатори, які відображають елементи за межами вузла. Як правило, порти комутатора, які використовуються для підключення двох комутаторів, мають кілька MAC-адрес, внесених до відповідної таблиці.

У минулому комутатори використовували один із наступних способів пересилання для комутації даних між мережними портами:

Комутація із буферизацією

Комутація без буферизації

При комутації з буферизацією, коли комутатор отримує кадр, він зберігає дані у буфері до того часу, поки буде отримано весь кадр. Під час збереження комутатор аналізує кадр, щоб отримати інформацію про адресаті. При цьому комутатор також перевірку на наявність помилок, використовуючи кінцеву частину кадру Ethernet циклічного контролю надмірності (CRC).

При використанні комутації без буферизації комутатор обробляє дані принаймні їх надходження навіть у тому випадку, якщо передача ще не завершена. Комутатор додає до буфера саме таку кількість кадру, яка потрібна для читання MAC-адреси призначення, щоб він зміг визначити, на який порт пересилати дані. MAC-адреса призначення вказана у 6 байтах кадру після преамбули. Комутатор шукає MAC-адресу призначення у своїй таблиці комутації, визначає порт вихідного інтерфейсу та спрямовує кадр на свій вузол призначення через виділений порт комутатора. Комутатор не перевіряє кадр на наявність будь-яких помилок. Оскільки комутатор не потрібно чекати додавання в буфер всього кадру повністю, і при цьому він не виконує перевірку помилок, комутація без буферизації відбувається швидше, ніж комутація з буферизацією. Тим не менш, оскільки комутатор не перевіряє помилки, він пересилає пошкоджені кадри по всій мережі. При пересиланні пошкоджені кадри зменшують пропускну здатність. Зрештою мережева плата призначення відхиляє пошкоджені кадри.

Модульні комутаторипропонують велику гнучкість конфігурації. Як правило, вони поставляються з шасі різного розміру, що дає змогу встановлювати кілька модульних лінійних плат. Порти фактично розміщуються на лінійних платах. Лінійна плата вставляється в шасі комутатора подібно до плат розширення, що встановлюються в ПК. Що більше шасі, то більше модулів воно підтримує. Як показано на малюнку, на вибір пропонується безліч різних розмірів шасі. Якщо ви придбали модульний комутатор з 24-портовою лінійною платою, можна легко встановити ще одну таку ж плату, в результаті чого загальна кількість портів буде збільшено до 48.

Комутатор один з найважливіших пристроїв, що використовуються при побудові локальної мережі. У цій статті ми поговоримо, якими комутатори бувають і зупинимося на важливих характеристиках, які потрібно враховувати при виборі комутатора локальної мережі.

Спочатку розглянемо загальну структурну схему, аби розуміти яке місце комутатор займає у локальній мережі підприємства.

На малюнку вище показано найбільш поширену структурну схему невеликої локальної мережі. Як правило, у таких локальних мережах використовуються комутатори доступу.

Комутатори доступу безпосередньо підключені до кінцевих користувачів, надаючи їм доступ до ресурсів локальної мережі.

Однак у великих локальних мережах комутатори виконують такі функції:

Рівень доступу до мережі. Як було зазначено вище комутатори доступу надають точки підключення пристроїв кінцевого користувача. У великих локальних мережах кадри комутаторів доступу не взаємодіють один з одним, а передаються через комутатори розподілу.

Рівень розподілу. Комутатори даного рівня пересилають трафік між комутаторами доступу, але при цьому не взаємодіють із кінцевими користувачами.

Рівень ядра системи. Пристрої даного типу об'єднують канали передачі даних від комутаторів рівня розподілу великих територіальних локальних мережах і забезпечують дуже високу швидкість комутації потоків даних.

Комутатори бувають:

Некеровані комутатори. Це звичайні автономні пристрої в локальній мережі, які керують передачею даних самостійно і не мають можливості додаткової установки. Через простоту установки і невелику ціну набули широкого поширення при монтажі в домашніх умовах і малому бізнесі.

Керовані комутатори. Більш просунуті та дорогі пристрої. Дозволяють адміністратору мережі самостійно налаштовувати їх під задані завдання.

Керовані комутатори можуть налаштовуватися одним із наступних способів:

Через консольний портЧерез WEB інтерфейс

Через Telnet Через протокол SNMP

Через SSH

рівні комутаторів

Усі комутатори можна розділити на рівні моделі OSI . Чим цей рівень вищий тим більшими можливостями комутатор має, однак і вартість його буде значно вищою.

Комутатори 1 рівня (layer 1). До цього рівня можна віднести хаби, повторювачі та інші пристрої, що працюють фізично. Ці пристрої були на початку розвитку інтернету і в даний час в локальній мережі не використовуються. Отримавши сигнал пристрій даного типу, просто передає його далі, у всі порти, крім порту відправника

Комутатори 2 рівня (layaer2). До цього рівня відносяться некеровані та частина керованих комутаторів ( switch ) працюючих на канальному рівні моделі OSI . Комутатори другого рівня працюють із кадрами – кадрами: потоком даних розбитих на порції. Отримавши кадр комутатор рівня 2 вираховує з кадру адресу відправника і заносить його в свою таблицю MAC адрес, зіставляючи цю адресу порту на якому він цей кадр отримав. Завдяки такому підходу комутатори другого рівня пересилають дані тільки порт одержувача, не створюючи у своїй надлишкового трафіку по інших портах. Комутатори другого рівня не розуміють IP адрес розміщених на третьому мережевому рівні моделі OSI та працюють лише на канальному рівні.

Комутатори другого рівня підтримують такі найпоширеніші протоколи як:

IEEE 802.1 qабо VLAN віртуальні локальні мережі. Цей протокол дозволяє в рамках однієї фізичної мережі створювати окремі логічні мережі.

Наприклад, пристрої підключені до одного комутатора, але що знаходяться в різних VLAN не побачать один одного і передавати дані зможуть лише у своєму широкомовному домені (пристроям із тієї ж VLAN). Між собою комп'ютери на малюнку вище зможуть передавати дані за допомогою пристрою, що працює на третьому рівні. IP адресами: маршрутизатором.

IEEE 802.1p (Priority tags ). Цей протокол спочатку присутній у протоколі IEEE 802.1 q і є 3 бітне поле від 0 до 7. Даний протокол дозволяє маркувати і відсортувати весь трафік за ступенем важливості виставляючи пріоритети (максимальний пріоритет 7). Фрейми з великим пріоритетом пересилатимуться насамперед.

IEEE 802.1d Spanning tree protocol (STP).Цей протокол вибудовує локальну мережу у вигляді деревоподібної структури, щоб уникнути закільцьовування мережі та запобігти утворенню мережевого шторму.

Допустимо монтаж локальної мережі виконаний у вигляді кільця для підвищення стійкості до відмови системи. Комутатор із найбільшим пріоритетом у мережі вибирається кореневим (Root).У прикладі наведеному вище SW3 є кореневим. Не заглиблюючись у алгоритми виконання протоколу, комутатори обчислюють шлях із максимальною ціною і блокують його. Наприклад, у нашому випадку найкоротший шлях від SW3 до SW1 і SW2 буде через власні виділені інтерфейси (DP) Fa 0/1 і Fa 0/2 . У цьому випадку ціна шляху за замовчуванням для інтерфейсу 100 Мбіт/c буде 19. Інтерфейс Fa 0/1 комутатора SW1 локальної мережі блокується тому, що загальна ціна шляху складатиметься з двох переходів між 100 Мбіт/с інтерфейсами 19+19=38.

Якщо робочий маршрут буде пошкоджено, комутатори виконають перерахунок шляху та розблокують цей порт

IEEE 802.1w Rapid spanning tree protocol (RSTP).Удосконалений стандарт 802.1 d , який має більш високу стійкість і менший час відновлення лінії зв'язку.

IEEE 802.1s Multiple spanning tree protocol.Остання версія, яка враховує всі недоліки протоколів STP та RSTP.

IEEE 802.3ad Link aggregation for parallel link.Цей протокол дозволяє об'єднувати порти групи. Сумарна швидкість даного порту агрегації складатиметься із суми швидкостей кожного порту у ній.Максимальна швидкість визначена стандартом IEEE 802.3ad та становить 8 Гбіт/сек.

Комутатори 3 рівня (layer3). Дані пристрої ще називають мультисвічі так як вони поєднують у собі можливості комутаторів, що працюють на другому рівні і маршрутизаторів, що працюють з IP пакетами третьому рівні.Комутатори рівня 3 повністю підтримують всі функції і стандарти комутаторів рівня 2. З мережними пристроями можуть працювати за IP-адресами. Комутатор 3 рівня підтримує встановлення різних з'єднань: l 2 tp, pptp, pppoe, vpn і т.д.

Комутатори 4 рівня (Layer 4) . Пристрої рівня L4 моделі, що працюють на транспортному рівні OSI . Відповідають забезпечення надійності передачі. Ці комутатори можуть на підставі інформації із заголовків пакетів розуміти належність трафіку різним додаткам і приймати рішення про перенаправлення такого трафіку на підставі цієї інформації. Назва таких пристроїв не встояла, іноді їх називають інтелектуальними комутаторами або комутаторами L4.

Основні характеристики комутаторів

Кількість портів. В даний час існують комутатори з кількістю портів від 5 до 48. Від цього параметра залежить кількість мережних пристроїв, які можна підключити до комутатора.

Наприклад, при побудові малої локальної мережі з 15 комп'ютерів нам знадобиться комутатор з 16 портами: 15 для підключення закінчених пристроїв і один для встановлення та підключення маршрутизатора для виходу в інтернет.

Швидкість передачі даних. Це швидкість, де працює кожен порт комутатора. Зазвичай швидкості вказуються так: 10/100/1000 Мбіт/с. Швидкість роботи порту визначається процесі авто узгодження з кінцевим пристроєм. У керованих комутаторах цей параметр може налаштовуватися вручну.

Наприклад:Клієнтський пристрій ПК із мережевою платою 1 Гбіт/с підключено до порту комутатора зі швидкістю роботи 10/100 Мбіт/ c . В результаті автомобільного узгодження пристрою домовляються використовувати максимально можливу швидкість в 100 Мбіт/с.

Авто узгодження портуміж Full – duplex та half – duplex. Full – duplex: передача даних одночасно здійснюється у двох напрямках. Half – duplex передача даних здійснюється спочатку в одному, потім в іншому напрямку послідовно.

Внутрішня пропускна здатність комутаційної матриці. Цей параметр показує, з якою загальною швидкістю комутатор може обробляти дані з усіх портів.

Наприклад: у локальній мережі є комутатор у якого 5 портів, що працюють на швидкості 10/100 Мбіт/с. У технічних характеристиках параметр комутаційна матриця дорівнює 1 Гбіт/ c . Це означає, що кожен порт в режимі Full – duplex може працювати зі швидкістю 200 Мбіт/ c (100 Мбіт/с прийом та 100 Мбіт/с передача). Допустимо параметр цієї комутаційної матриці менше заданого. Це означає, що в момент пікових навантажень порти не зможуть працювати із заявленою швидкістю в 100 Мбіт/с.

Авто узгодження типу кабелю MDI/MDI-X. Ця функція дозволяє визначити яким з двох способів була обтиснута кручена пара EIA/TIA-568A або EIA/TIA-568B. При монтажі локальних мереж найбільшого поширення набула схема EIA/TIA-568B.

Стекування - Це об'єднання кількох комутаторів в один єдиний логічний пристрій. Різні виробники комутаторів використовують свої технології стекування, наприклад c isco використовує технологію стекування Stack Wise із шиною між комутаторами 32 Гбіт/сек та Stack Wise Plus із шиною між комутаторами 64 Гбіт/сек.

Наприклад, дана технологія актуальна у великих локальних мережах, де потрібно на базі одного пристрою підключити більше 48 портів.

Кріплення для 19” стійки. У домашніх умовах і малих локальних мережах комутатори досить часто встановлюють на рівні поверхні або кріплять на стіну, проте наявність так званих «вух» необхідно у великих локальних мережах де активне обладнання розміщується в серверних шафах.

Розмір таблиці MACадрес. Комутатор (switch) це пристрій, що працює на 2 рівні моделі. OSI . На відміну від хаба, який просто перенаправляє отриманий кадр у всі порти крім порту відправника, комутатор навчається: запам'ятовує MAC адресу пристрою відправника, заносячи його, номер порту та час життя запису до таблиці. Використовуючи цю таблицю, комутатор перенаправляє кадр не на всі порти, а тільки на порт одержувача. Якщо в локальній мережі кількість мережних пристроїв значно і розмір таблиці переповнений, комутатор починає затирати старіші записи в таблиці і записує нові, що значно знижує швидкість роботи комутатора.

Jumboframe . Ця функція дозволяє комутатору працювати з більшим розміром пакета, ніж визначено стандартом Ethernet. Після прийому кожного пакета витрачається деякий час на його обробку. При використанні збільшеного розміру пакету за технологією Jumbo Frame, можна заощадити на час обробки пакета в мережах, де використовуються швидкості передачі даних від 1 Гб/сек і вище. За меншої швидкості великого виграшу немає

Режими комутації.Для того, щоб зрозуміти принцип роботи режимів комутації, спочатку розглянемо структуру кадру, що передається на канальному рівні між мережевим пристроєм та комутатором у локальній мережі:

Як видно з малюнку:

Спочатку йде преамбула сигналізує початок передачі кадру,
Потім MAC адреса призначення ( DA ) та MAC адреса відправника ( SA )
Ідентифікатор третього рівня: IPv 4 або IPv 6 використовується
І насамкінець контрольна сума FCS: 4 байтне значення CRC, що використовується для виявлення помилок передачі. Обчислюється стороною, що відправляє, і поміщається в поле FCS. Приймаюча сторона обчислює це значення самостійно і порівнює з отриманим значенням.

Тепер розглянемо режими комутації:

Store - and - forward. Цей режим комутації зберігає кадр у буфер повністю і перевіряє поле FCS , яке знаходиться на самому кінці кадру і якщо контрольна сума цього поля не збігається, відкидає весь кадр. В результаті знижується ймовірність виникнення навантажень у мережі, так як є можливість відкидати кадри з помилкою та відкладати час передачі пакета. Ця технологія є у більш дорогих комутаторах.

Cut-through. Простіша технологія. У цьому випадку кадри можуть оброблятися швидше, тому що не зберігаються в буфер повністю. Для аналізу в буфер зберігаються дані від початку кадру до адреси MAC призначення (DA) включно. Комутатор вичитує цю MAC адресу і перенаправляє адресату. Недоліком даної технології і те, що комутатор пересилаючи у разі як карликові, довжиною менше 512 бітових інтервалу, і пошкоджені пакети, збільшуючи навантаження на локальну мережу.

Підтримка технології PoE

Технологія pover over ethernet дозволяє запитувати мережний пристрій по тому кабелю. Дане рішення дозволяє скоротити грошові витрати на додатковий монтаж ліній живлення.

Існує такі стандарти PoE:

PoE 802.3af підтримує обладнання потужністю до 15,4 Вт

PoE 802.3at підтримує обладнання потужністю до 30 Вт

Passiv PoE

PoE 802.3 af/at мають інтелектуальні схеми управління подачі напруги на пристрій: перш ніж подати живлення на пристрій PoE джерело стандарту af/at виробляє узгодження з ним, щоб уникнути псування пристрою. Passiv PoE значно дешевше за перші два стандарти, живлення безпосередньо подається на пристрій за вільними парами мережевого кабелю без будь-яких погоджень.

Характеристики стандартів

Стандарт PoE 802.3af підтримується більшістю недорогих IP відеокамер, IP телефонів та точок доступу.

Стандарт PoE 802.3at присутній у дорожчих моделях IP камер відеоспостереження, де неможливо вкластися в 15.4 Вт. У цьому випадку як IP відеокамера, так і джерело PoE (комутатор) повинні підтримувати даний стандарт.

Слоти розширення. Комутатори можуть мати додаткові слоти розширення. Найбільш поширеними є SFP модулі (Small Form-factor Pluggable). Модульні, компактні приймачі, що використовуються для передачі даних у телекомунікаційному середовищі.

SFP модулі вставляються у вільний порт SFP маршрутизатора, комутатора, мультиплексора або медіа-конвертера. Хоча існують SFP модулі Ethernet, найчастішевикористовуються оптоволоконні модулі для підключення магістрального каналу при передачі даних на великі відстані, недосяжні для стандарту Ethernet. SFP модулі підбираються залежно від відстані швидкості передачі даних. Найбільш поширеними є двоволоконні SFP модулі, що використовують одне волокно прийому, інше передачі даних. Однак, технологія WDM дозволяє вести передачу даних на різних довжинах хвиль по одному оптичному кабелю.

SFP модулі бувають:

SX-850 нм використовується з багатомодовим оптичним кабелем на відстані до 550м.
LX - 1310 нм використовується з обома видами оптичного кабелю (SM та MM) на відстані до 10 км.
BX - 1310/1550 нм використовується з обома видами оптичного кабелю (SM та MM) на відстані до 10 км.
XD – 1550 нм використовується з одномодовим кабелем до 40км, ZX до 80км, EZ або EZX до 120 км та DWDM

Сам стандарт SFP передбачає передачу даних зі швидкістю 1Гбіт/с або зі швидкістю 100 Мбіт/с. Для більш швидкої передачі даних були розроблені модулі SFP+:

SFP+ передача даних зі швидкістю 10 Гбіт/с
XFP передача даних зі швидкістю 10 Гбіт/с
QSFP+ передача даних зі швидкістю 40 Гбіт/с
CFP передача даних зі швидкістю 100 Гбіт/с

Однак за більш високих швидкостях проводиться обробка сигналів на високих частотах. Це потребує більшого тепловідведення та, відповідно, великих габаритів. Тому, власне, форм-фактор SFP зберігся лише у модулях SFP+.

Висновок

Багато читачів напевно стикалися з некерованими комутаторами та бюджетними керованими комутаторами другого рівня в малих локальних мережах. Однак вибір комутаторів для побудови більших та технічно складних локальних мереж краще надати професіоналам.

Безпечна Кубань під час монтажу локальних мереж використовує комутатори наступних брендів:

Професійне рішення:

Cisco

Qtech

Бюджетне рішення

D-Link

Tp-Link

Tenda

Безпечна Кубань виконує монтаж, запуск в експлуатацію та обслуговування локальних мереж по Краснодару та Півдні Росії.

Для створення локальної або домашньої мережі потрібні спеціальні пристрої. З цієї статті Ви дізнаєтесь трохи про них. Я намагатимусь пояснити якомога простіше, щоб зрозумів кожен.

Призначення .

Хаб (Hub), свитч (switch) та роутер (router) призначені для створення мережі між комп'ютерами. Зрозуміло після створення ця мережа ще й функціонуватиме.

Відмінність .

Що таке хаб (hub)

Хаб – це повторювач. Все, що до нього підключено - повторюватиметься. На хаб дається один і тому все пов'язане.
Наприклад, Ви підключили 5 комп'ютерів через Хаб. Щоб надіслати дані від п'ятого комп'ютера до першого, ці дані будуть проходити через всі комп'ютери в мережі. Це схоже на паралельний телефон - доступ до Ваших даних може отримати будь-який комп'ютер, і Ви так само. За рахунок цього також збільшується навантаження та розподіл. Відповідно, чим більше комп'ютерів підключено, тим повільніше буде з'єднання і більше навантаження на мережу. Ось тому в наш час все менше випускають хабів і все менше ними користуються. Незабаром зовсім зникнуть.

Що таке свитч (switch)?

Світч прийшов на зміну хабу та виправляє недоліки попередника. Кожен підключений до світчу має свою окрему IP адресу. Цим самим знижується навантаження на мережу і кожен комп'ютер отримає лише те, що йому потрібно та про це не дізнаються. Але у свитчу є недолік, пов'язаний із гідністю. Справа в тому, що якщо Ви хочете розділити мережу на більш ніж 2 комп'ютери, то Вам потрібно більше IP-адрес. Зазвичай це залежить від провайдера, а він зазвичай дає лише одну IP-адресу.

Що таке роутер?

Роутер – його часто називають маршрутизатором. Чому? Так тому що він є сполучною ланкою між двома різними мережами і передає дані, ґрунтуючись на певному маршруті, зазначеному в таблиці маршрутизації. Якщо висловлюватись дуже просто, то роутер є посередником між Вашою мережею та виходом в інтернет. Роутер виправляє всі помилки попередників і саме тому в наш час він є найпопулярнішим. Особливо якщо врахувати той факт, що найчастіше роутери забезпечуються Wi-Fi антенами для передачі інтернету на бездротові пристрої, а також мають можливість підключати USB модеми.

Роутер можна використовувати як окремо: ПК -> роутер -> інтернет, так і спільно з іншими пристроями: ПК -> свитч/хаб -> роутер -> інтернет.

Ще однією перевагою роутера є його звичайна установка. Найчастіше від Вас потрібні лише мінімальні знання, щоб підключити, настроїти мережу та вийти в інтернет.

Отже. Підіб'ю невеликі підсумки.

Всі ці пристрої необхідні для створення мережі. Хаб і свитч не дуже відрізняються один від одного. Роутер - найпотрібніше та зручне рішення для створення мережі.